基于手各個部位在三維空間位置變化的手功能評價方法
【專利摘要】本發明提出一種基于手各個部位在三維空間變化進行手功能評價的方法。其工作流程如下：啟動評價系統；手放入系統；獲得實時視頻信息；獲得三維空間位置；確定患側手掌心的位置；變換患側手的坐標；單位化患側手坐標；選擇標準手；計算患側手和標準手之間的距離；計算患側手各個部位到手掌中心點的距離；計算標準手和患側手之間的差距；確定健側手手掌心的位置；變換健側手的坐標；單位化健側手的坐標；計算患側手和健側手之間的距離；計算健側手各個部位到手掌中心點的距離；計算健側手和患側手之間的差距；測量手各個部位到手掌心距離進行評估；計算患側手與健側手以及標準手之間的距離來評估患側手；計算患側手手功能數據；完成患側手的評估。
【專利說明】
基于手各個部位在三維空間位置變化的手功能評價方法
技術領域
[0001] 本發明涉及一種基于手各個部位在三維空間位置變化的手功能評價方法。應用在 手功能評價系統中自動檢測患側手和健側手，以及患側手和標準手之間的區別程度，從而 完成對患側手的評價。此發明能夠對手功能回復狀況實現數字化、系統化和規范化，幫助醫 生客觀的評價患者手部位的康復情況，做出正確判斷，提出有效治療方案，使患者早日康 復。 技術背景
[0002] 手功能評價是指患者的患側手在康復過程中，通過與健側手或標準手進行比較， 從而得出患側手的傷殘程度和康復程度。這在手功能恢復的過程中起著評價、對比、觀察療 效的作用，可以指導醫生隨時調整治療方案;并通過傷殘程度的數據標示為社會有關部門 提供手功能的判斷標準。手功能評價必須嚴格按照規范的標準方法實施，以保障評價的效 度和信度。目前主要評價方法主要還是按照1975年美國手外科推薦的ΤΑΜ系統評價方法，用 關節總體活動度測定法評定曲伸肌腱療效，即遠位指間關節主動屈曲度之和作為該指總的 活動度(ΤΑΜ)。標準為:優(活動范圍正常）、良（大于健測的75%)、可（大于健測的50%)、差 (小于健測的50%)。在評價過程中需要專業醫生進行測定和評價，由于測定者的個人差異 已經判斷標準的范圍較大，110 % -7 5 % -50 % -0 %這些范圍直接的變化無法細致區別，對于 訓練過程中的細致變化無法反應，而造成康復訓練過程中無法及時進行訓練程序的調整， 嚴重影響訓練效果，而且，現行的評價方法存在著非常大的主觀性和不可靠性。
[0003] 為了建立客觀的精確的評定標準，本專利利用測量三維空間中手勢識別的體感控 制器，例如:Leap Mot ion，Nimble Sense等來獲得手各個部位(例如指節和關節）的空間位 置信息，從而完成三維空間中患側手和健側手以及患側手和標準手的精確對比，從而解決 手部運動評定過程中人為測量的誤差和判斷精確的問題，使一般非專業醫生也可以簡單準 確地對手功能進行評定。同時，本專利設計了一個手功能評價系統平臺，包含了計算機、測 量三維空間中手運動的體感控制器、高速攝像機，并把它們整合為一個完整的系統，實現手 功能評價。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在于針對已有技術存在的不足，提出基于手各個部位在三維空間位 置變化的手功能評價方法，能夠自動檢測和描述運動過程中患側手和健側手以及患側手和 標準手的區別程度，從而幫助醫生客觀的評價患者手部位的康復情況，并做出正確判斷，從 而提出有效治療方案。
[0005] 為達到上述目的，本發明的構思是：目前的手功能評價方法仍然是醫生根據健側 手和患側手的區別來進行主觀上的判斷，本發明可以克服由于醫生的主觀判斷而造成的錯 誤;如果僅僅對二維視頻圖像進行分析來評價患側手，會因為二維圖像缺乏三維信息而造 成區分程度的精度下降，本發明可以根據患側手上的每個關節和指節的三維空間位置，來 匹配健側手或者標準手的相應位置，從而能夠自動給出患側手的變化數據，計算機在這個 數據的基礎上，可以客觀的給出患側手病患級別。
[0006] 本發明中的硬件設備，分為兩種類型：
[0007] 圖1是本發明中的手功能評價系統平臺一種類型：
[0008] 分為左右兩個相同的暗箱;暗箱內部顏色和手的顏色有比較大的區分;長度、寬度 和高度分別是300mm~500mm、200mm~300mm和400mm~1200mm;每個暗箱分為上下兩個部 分，用一個疏稀金屬(或不影響體感控制器工作的其它材質）網格分開;上面部分的高度是 300mm~600mm，下面部分的高度是100mm~600mm;每個暗箱的頂部各安裝一個攝像設備;每 個暗箱的頂部各安裝一個面光源;每個暗箱的一個側面在緊靠中部網格上邊有一個手伸入 的出入口；每個出入口外側安置一片遮光布，顏色和暗箱內部顏色一致，在遮光片的中間出 入口處安裝一個松緊帶;在每個暗箱的底部中間各安置一個體感控制器(根據手勢識別的 體感控制器的不同，位置也有所不同）。
[0009] 圖2是本發明中的手功能評價系統平臺另一種類型：
[0010] 只有一個暗箱;暗箱內部顏色和手的顏色有比較大的區分;長度、寬度和高度分別 是400mm~600mm、300mm~500mm和600mm~1200mm;暗箱分為上下兩個部分，高度分別是 300mm~600mm，用一個疏稀金屬(或不影響體感控制器工作的其它材質）網格分開;上面部 分用一個不透光的隔板從中間分開，分為左右兩個小暗箱，每個小暗箱的長度、寬度和高度 分別是300mm~500mm、200mm~300mm和300mm~600mm;中間不透光的隔板顏色和暗箱內部 顏色一致;每個小暗箱的頂部各安裝一個攝像設備;每個小暗箱的頂部各安裝一個面光源； 每個小暗箱的一個側面在緊靠中部網格上邊有一個手伸入的出入口；每個出入口外側安置 一片遮光布，顏色和暗箱內部顏色一致，在遮光片的中間出入口處安裝一個松緊帶;在暗箱 的底部中間各安置一個體感控制器(根據手勢識別的體感控制器的不同，位置也有所不 同）。
[0011]根據上述發明構思，本發明采用下述技術方案：
[0012] -種基于手各個部位在三維空間位置變化的手功能評價方法，其特征在于操作步 驟如下：
[0013] 1.預備工作（圖3):
[0014] 1-.記錄包含多種動作的標準手的視頻。
[0015] 以一雙健康手為標準手，做多種動作，這些動作被視為標準動作，利用高速攝像機 把這些動作記錄下來。
[0016] 1-.記錄包含多種動作的標準手的空間信息。
[0017]以一雙健康手為標準手，做多種動作，這些動作被視為標準動作，利用測量三維空 間中手運動的體感控制器把健康手的各個部位坐標信息都記錄下來，fs(i)表示手上每個 指節和手掌邊緣點的坐標信息，i是指節和手掌邊緣點，根據體感控制器的不同，獲得的個 數可能不同，j s(k)表示手上關節點的坐標信息，k是關節點，根據體感控制器的不同，獲得 的個數可能不同。
[0018] 1-.確定標準手的手掌心位置。
[0019] ①如果體感控制器能夠直接確定手掌心的三維空間位置，則此位置用fsc表示；
[0020] ②如果體感控制器不能直接確定手掌心的三維空間位置，則利用下面公式來確定 手掌心fs。位置：
[0022]這里的fs(i)是手掌邊緣上點的三維坐標;i是手掌邊緣點，共有η個點。
[0023] 1-.變換標準手的原點位置和三維空間坐標。
[0024]原點位置變換到標準手的手掌中心點的位置上，變換標準手的三維空間手坐標信 息的坐標。仍然用fs(i)表示變換后手上每個指節和手掌邊緣點的坐標，i是指節和手掌邊 緣點；js(k)表不變換后手關節的坐標，k是關節點。
[0025] 1-.計算標準手各個部位到手掌心的歐幾里得距離。
[0026]計算標準手指節點和關節點到手掌中心點的歐幾里得距離，公式如下：
[0028] fs(*)是標準手指節和手掌邊緣點（包括手掌中心點）的三維坐標;fs。是標準手手 掌中心點的三維坐標；js(*)是標準手上每個關節的三維坐標；i是指節和手掌邊緣點；k是 關節點；11*11表示三維向量的歐幾里得距離;Dsc是標準手指節點和關節點到手掌中心點的 歐幾里得距離。根據測量三維空間中手姿勢的體感控制器不同，獲得的關節信息和指節信 息有所不同，一些情況下，只能提取關節信息或指節信息，缺失內容在公式中相應部分為0。
[0029] 2.工作流程(見圖4):
[0030] 2-.啟動手功能評價系統。
[0031] 在使用過程中，攝像設備和手姿勢體感控制器可以同時，也可以分開工作，獲取患 者的左右手形狀信息；系統啟動過程中，首先打開盒子頂部光源的電源，然后啟動計算機控 制系統，最后啟動攝像設備和體感控制器。
[0032] 2-.患者把手放入手功能評價系統中。
[0033]如果患者有一只手是健康手，按照醫生的要求，患者把患側手和健側手同時放入 手功能評價系統中；如果患者沒有健康手，則把患側手單只放入手功能評價系統中。
[0034] 2-.獲取手的實時視頻信息。
[0035] 如果患者有一只手是健康手，通過安裝在手功能評價系統設備頂部的攝像頭來獲 得兩只手的實時視頻:患側手的視頻專供醫生使用，健側手的視頻同時要作三個備份，一個 提供給醫生，一個提供給病人，最后一個作鏡像映射后，也提供給病人;醫生可以觀察患者 患側手和健側手的視頻信息;通過健康手鏡面映射后的圖像信息給予病人大腦刺激，提高 病人患側手的治療效果。
[0036] 如果患者沒有健康手，用標準手視頻代替健康手視頻，標準手視頻同時要作三個 備份，一個提供給醫生，一個提供給病人，最后一個作鏡像映射后，也提供給病人;醫生可以 觀察患者患側手和標準手的視頻信息;通過標準手鏡面映射后的圖像信息給予病人大腦刺 激，提尚病人患側手的治療效果。
[0037] 2-.獲取手的三維空間位置信息。
[0038]如果患者有一只手是健康手，利用測量三維空間中手姿勢的體感控制器，獲得兩 只手的各個關節和指節在三維空間中的位置坐標信息，同時，通過體感控制器可以獲得兩 手的三維結構視頻：患側手的三維結構圖視頻專供醫生使用，健側手的三維結構圖視頻同 時要作三個備份，一個提供給醫生，一個提供給病人，最后一個作左右鏡像映射后，按照需 求也可以提供給病人;醫生可以觀察患者的患側手和健側手的三維視頻，病人能夠觀察健 側手和健側手的鏡面映射后的視頻，給予病人大腦刺激，提高病人患側手的治療效果。
[0039] fg(i)表示健側手上每個指節和手掌邊緣點的坐標信息，i是指節和手掌邊緣點， 根據設備的不同，獲得的個數可能不同，j g(k)表示手上關節點的坐標信息，k是關節點，根 據設備的不同，獲得的個數可能不同。
[0040] fb(i)表示患側手上每個指節和手掌邊緣點的坐標信息，i是指節和手掌邊緣點， 根據設備的不同，獲得的個數可能不同，jb(k)表示手上關節點的坐標信息，k是關節點，根 據設備的不同，獲得的個數可能不同。
[0041 ]如果患者沒有健康手，用標準手在三維空間中的位置坐標信息代替健康手的位置 坐標信息，標準手位置坐標信息同時要作三個備份，一個提供給醫生，一個提供給病人，最 后一個作鏡像映射后(或相對的另一只標準手），也提供給病人;醫生可以觀察患者患側手 和標準手的三維空間中的位置坐標信息;通過標準手鏡面映射后的位置坐標信息給予病人 大腦刺激，提高病人患側手的治療效果。
[0042] 2-.確定患側手手掌心的位置。
[0043]①如果體感控制器能夠直接確定手掌心的三維空間位置，則此位置用fbc表示； [0044]②如果體感控制器不能直接確定手掌心的三維空間位置，則利用下面公式來確定 手掌心fb。位置：
[0046]這里的fb(i)是手掌邊緣上點的三維坐標;i是手掌邊緣點，共有η個點。
[0047] 2-.變換患側手的原點位置和三維空間坐標。
[0048]原點位置變換到患側手的手掌中心點的位置上，變換患側手的三維空間手坐標信 息的坐標。仍然用fb(i)表示變換后手上每個指節和手掌邊緣點的坐標，i是指節和手掌邊 緣點；jb(k)表不變換后手關節的坐標，k是關節點。
[0049] 2-.單位化患側手的三維信息。
[0050] 如果測量三維空間中手姿勢的體感控制器不能根據手的大小來測量手的部位坐 標信息，即所有尺寸的手在利用此體感控制器進行測量的時候，表現出相同大小尺寸，則fb (i)和jb(k)不發生變化;反之，需要把患側手在三維空間中的坐標進行單位化：
[0051 ]①確定患側手和標準手的單位化比例sb:
[0053]這里的fb(i)和fs(i)分別是患側手和標準手的手掌邊緣上點的三維坐標;i是指節 和手掌邊緣點，共有η個點;fb。和fs。分別患側手和標準手的手掌中心點坐標。
[0054]②從患側手的手掌中心開始，從里向外依照順序來，按照單位化比例sb來伸縮手 部的所有點坐標，單位化后的患側手的三維點坐標仍然用fb(i)表示健側手上每個指節和 手掌邊緣點的坐標信息；i是指節和手掌邊緣點；j b(k)表示手上關節的坐標信息，k是關節 點。
[0055] 2-.根據患側手來選擇標準手。
[0056] 選擇一只標準手，使得標準手上的信息數據和患側手的信息數據左右一致。即，如 果患側手是左手，則選擇標準手的左手;如果患側手是右手，則選擇標準手的右手。
[0057] 2-.計算患側手和標準手之間的歐幾里得距離。
[0058] 公式如下：
[0060]是fs(*)標準手上指節和手掌邊緣點的三維坐標;fb(*)是患側手上指節和手掌邊 緣點的三維坐標;js(*)標準手關節點的三維坐標;jb(*)是患側手關節點的三維坐標；i是指 節和手掌邊緣點；k是關節點；| 1*1 |表示三維向量的長度，采用歐幾里得距離;Ds_b是標準手 和患側手的三維空間點的差距。根據三維空間手信息提取的設備不同，獲得的關節信息和 指節信息有所不同，一些情況下，只能提取關節信息或指節信息，缺失內容在公式中相應部 分為0;如果不需要標準手的比較，Ds_b可以設為0。
[0061] 2-.計算患側手各個部位到手掌中心點的歐幾里得距離。
[0062] 公式如下：
[0064] fb⑷是患側手指節和手掌邊緣點（包括手掌中心點）的三維坐標;fbc是患側手手 掌中心點的三維坐標；jb(*)是患側手上每個關節的三維坐標；i是指節和手掌邊緣點；k是 關節點；11*| I表示三維向量的歐幾里得距離;Dbc是患側手指節點和關節點到手掌中心點的 歐幾里得距離。根據測量三維空間中手姿勢的體感控制器不同，獲得的關節信息和指節信 息有所不同，一些情況下，只能提取關節信息或指節信息，缺失內容在公式中相應部分為0。
[0065] 2-.計算標準手上各個部位到手掌中心點的歐幾里得距離和患側手上各個部位到 手掌中心點的歐幾里得距離之間的差距。
[0066] 公式如下：
[0067] Dsb_c= |Dsc-Dbc (7)
[0068] Dsc標準手上指節點和關節點到手掌中心點的歐幾里得距離;Dbc患側手上指節點 和關節點到手掌中心點的歐幾里得距離;D sb_c是Dsc和Dbc的差值的絕對值;在醫療過程中，如 果不考慮患側手和標準手的比較，D sb_。可以設為零。
[0069] 2-.確定健側手手掌心的位置。
[0070] 如果患者有一只手是健康手，則確定健側手的手掌心的位置：
[0071] ①如果體感控制器能夠直接確定手掌心的三維空間位置，則此位置用fg。表示； [0072]②如果體感控制器不能直接確定手掌心的三維空間位置，則利用下面公式來確定 手掌心fg。位置：
[0074]這里的fg(i)是手掌邊緣上點的三維空間坐標，i是手掌邊緣點，共有η個點。
[0075] 2-.變換健側手的原點位置和三維空間坐標。
[0076]如果患者有一只手是健康手，原點位置變換到健側手的手掌中心點的位置上，變 換健側手的三維空間坐標。
[0077]仍然用fg(i)表示變換后手上每個指節和手掌邊緣點的坐標信息，i是指節和手掌 邊緣點；jg(k)表不變換后手關節的坐標彳目息，k是關節點。
[0078] 2-.單位化健側手的三維信息。
[0079]如果患者有一只手是健康手，單位化健側手的三維信息。
[0080] 如果測量三維空間中手姿勢的體感控制器不能根據手的大小來測量手的部位坐 標信息，即所有尺寸的手在利用此體感控制器進行測量的時候，表現出相同大小尺寸，則fg (iWPjg(k)不發生變化;反之，需要把健側手在三維空間中的坐標進行單位化：
[0081 ]①確定健側手和標準手的單位化比例sg:
[0083] 這里的fg(i)和fs(i)分別是健側手和標準手的手掌邊緣上點的三維坐標，共有η個 點；i是手掌邊緣點;fg。和fs。分別兩只手的手掌中心點坐標。
[0084] ②從健側手的手掌中心開始，從里向外依照順序來，按照單位化比例sg來伸縮手 部的所有點坐標，單位化后的健側手的三維點坐標仍然用f g(i)表示健側手上每個指節和 手掌邊緣點的坐標，i是指節和手掌邊緣點，jg(k)表示健側手上的關節坐標信息，k是關節 點。
[0085] 2-.計算患側手和健側手之間的歐幾里得距離。
[0086]如果患者有一只手是健康手，計算健側手和患側手的相對應點之間的歐幾里得距 離，公式如下：
[0088] fg(*)是健側手手掌上指節和手掌邊緣點（包括手掌中心點）的三維坐標;fb(*)是 患側手上指節和手掌邊緣點（包括手掌中心點）的三維坐標；jg(*)是健側手上關節點的三 維坐標;jb(*)是患側手上關節點的三維坐標；i是指節和手掌邊緣點;k是關節點；| |*| |表 示三維向量的長度，采用歐幾里得距離;Dgb是健側手和患側手的三維空間點的差距;根據 三維空間手信息提取的設備不同，獲得的關節信息和指節信息有所不同，一些情況下，只能 提取關節信息或指節信息，缺失內容在公式中相應部分為0。如果患者沒有健側手，則D g_b為 0〇
[0089] 2-.計算健側手上各個部位到手掌中心點的歐幾里得距離。
[0090] 如果患者有一只手是健側手，計算健側手上各個部位到手掌中心點的歐幾里得距 離。公式如下：
[0092] fg(*)是健側手指節和手掌邊緣點(包括手掌中心點）的三維坐標;f。是健側手手掌 中心點的三維坐標;jg(*)是健側手關節點的三維坐標;i是指節和手掌邊緣點;k是關節點； |*| |表示三維向量的歐幾里得距離;Dgc是健側手上各個部位到手掌中心點的歐幾里得距 離。根據三維空間手信息提取的設備不同，獲得的關節信息和指節信息有所不同，有些情況 下，只能提取關節信息或指節信息，缺失內容在公式中相應部分為0。
[0093] 2-.計算健測手上各個部位到手掌中心點的歐幾里得距離和患側手上各個部位到 手掌中心點的歐幾里得距離之間的差距。
[0094]如果患者有一只手是健側手，計算健測手上各個部位到手掌中心點的歐幾里得距 離和患側手上各個部位到手掌中心點的歐幾里得距離之間的差距，公式如下：
[0095] Dgb_c= |Dgc-Dbc (12)
[0096] 其中，Dgc標準手上指節點和關節點到手掌中心點的歐幾里得距離;Dbc患側手上指 節點和關節點到手掌中心點的歐幾里得距離;D gb_。是Dg。和Db。的差值的絕對值;如果患者沒 有健測手，則D gb_。為零。
[0097] 2-18.測量手各個部分到手掌中心點的歐幾里得距離對患側手進行評估。
[0098] 公式如下：
[0099] Dc = t*Dsb_c+(l-t)Dgb_c (13)
[0100] D。是用指節點和關節點到手掌中心點的歐幾里得距離方法對患側手的評估數據； t是Dsb_c和Dgb_c比例，變換范圍如下：
[0102] 如果0<t<l，則可以選擇為t = 0.5。
[0103] 2-19.計算患側手與健側手以及標準手相對應點之間的距離來評估患側手。
[0104] 公式如下：
[0105] Dd = h*Ds-b+(l_h)Dg-b (15)
[0106] Dd是用相對應手的關節三維空間點和指節三維空間點之間的距離方法對患側手 的評估數據;Dg_b是標準手和患側手的各個部位三維空間點之間的差距;Dg_ b是健側手和患 側手的各個部位三維空間點之間的差距;h是Ds_b和D g_b比例，變換范圍如下：
[0108] 如果0<h<l，貝丨Jh-般選擇為0.5。
[0109] 2-20.計算患側手的手功能評估數據。
[0110] 公式如下：
[0111] D = a*Dc+(l-c〇Dd (17)
[0112] D是患側手評估數據，a是D。和Dd比例權重，可根據醫生要求在0和1之間變化，一般 可取為0.5。
[0113] 2-21.輸出患側手手功能評估數據，完成患側手的評估。
[0114]本發明與現有技術相比較，具有以下顯而易見的突出實質性特點和顯著技術進 步：
[0115]①突破了二維視頻圖像的局限性，利用三維空間數據更加準確描述手各個部位的 變化程度；
[0116] ②降低了普通攝像機拍攝手圖像的復雜程度，利用測量三維空間中手勢識別的體 感控制器可以消除環境噪音和燈光等的影響，縮短了計算機計算時間。
【附圖說明】：
[0117] 圖1是本發明中一種類型的手功能評價系統平臺的結構示意圖：
[0118] 分為左右兩個相同的暗箱;暗箱內部顏色和手的顏色有比較大的區分;長度、寬度 和高度分別是300mm~500mm、200mm~300mm和400mm~1200mm;每個暗箱分為上下兩個部 分，用一個疏稀金屬(或不影響體感控制器工作的其它材質）網格分開;上面部分的高度是 300mm~600mm，下面部分的高度是100mm~600mm;每個暗箱的頂部各安裝一個攝像設備;每 個暗箱的頂部各安裝一個面光源;每個暗箱的一個側面在緊靠中部網格上邊有一個手伸入 的出入口；每個出入口外側安置一片遮光布，顏色和暗箱內部顏色一致，在遮光片的中間出 入口處安裝一個松緊帶;在每個暗箱的底部中間各安置一個體感控制器(根據手勢識別的 體感控制器的不同，位置也有所不同）。
[0119] 圖2是本發明中另一種類型的手功能評價系統平臺的結構示意圖：
[0120] 只有一個暗箱;暗箱內部顏色和手的顏色有比較大的區分;長度、寬度和高度分別 是400mm~600mm、300mm~500mm和600mm~1200mm;暗箱分為上下兩個部分，高度分別是 300mm~600mm，用一個疏稀金屬(或不影響體感控制器工作的其它材質）網格分開;上面部 分用一個不透光的隔板從中間分開，分為左右兩個小暗箱，每個小暗箱的長度、寬度和高度 分別是300mm~500mm、200mm~300mm和300mm~600mm;中間不透光的隔板顏色和暗箱內部 顏色一致;每個小暗箱的頂部各安裝一個攝像設備;每個小暗箱的頂部各安裝一個面光源； 每個小暗箱的一個側面在緊靠中部網格上邊有一個手伸入的出入口；每個出入口外側安置 一片遮光布，顏色和暗箱內部顏色一致，在遮光片的中間出入口處安裝一個松緊帶;在暗箱 的底部中間各安置一個體感控制器(根據手勢識別的體感控制器的不同，位置也有所不 同）。
[0121] 圖3是本發明需要解決技術問題中的預備工作，即標準手的數據提取的算法流程。
[0122] 圖4是本發明手功能評價過程中的工作流程。
【具體實施方式】：
[0123] 本發明的實施例結合附圖詳述如下：
[0124] 實施例一：
[0125] 參見圖1、圖2和圖4,在本手功能評價系統平臺中，利用攝像設備和手姿勢的體感 控制器獲得手在三維空間中的各種信息，并根據這些信息來完成手功能評價，其特征在于 運用算法步驟如下：
[0126] 1.啟動手功能評價系統；
[0127] 2.把手放入手功能評價系統中；
[0128] 3.獲取手的實時視頻信息；
[0129] 4.獲取手的三維空間位置信息；
[0130] 5.確定患側手手掌心的位置；
[0131] 6.變換患側手的原點位置和三維空間坐標；
[0132] 7.單位化患側手的三維信息；
[0133] 8.根據患側手來選擇標準手；
[0134] 9.計算患側手和標準手之間的歐幾里得距離；
[0135] 10.計算患側手各個部位到手掌中心點的歐幾里得距離；
[0136] 11.計算標準手上各個部位到手掌中心點的歐幾里得距離和患側手上各個部位到 手掌中心點的歐幾里得距離之間的差距；
[0137] 12.如果患者有健康手，確定健側手手掌心的位置；
[0138] 13.如果患者有健康手，變換健側手的原點位置和三維空間坐標；
[0139] 14.如果患者有健康手，單位化健側手的三維信息；
[0140] 15.如果患者有健康手，計算患側手和健側手之間的歐幾里得距離；
[0141] 16.如果患者有健康手，計算健側手各個部位到手掌中心點的歐幾里得距離；
[0142] 17.如果患者有健康手，計算健側手上各個部位到手掌中心點的歐幾里得距離和 患側手上各個部位到手掌中心點的歐幾里得距離之間的差距；
[0143] 18.測量手各個部位到手掌中心點的歐幾里得距離對患側手進行評估；
[0144] 19.計算患側手與健側手以及標準手相對應點之間的距離來評估患側手；
[0145] 20.計算患側手的手功能評估數據；
[0146] 21.輸出患側手手功能評估數據，完成患側手的評估。
[0147] 實施例二：
[0148] 本實施例與實施例一基本相同，特別之處如下：
[0149] 實施例一中所述步驟1啟動手功能評價系統。盒子頂部布置一個面光源用來消除 陰影，降低陰影帶來的識別難度，提高手的形狀提取的準確度;在使用過程中，攝像設備和 手姿勢體感控制器可以同時，也可以分別工作，獲取患者的左右手形狀信息；啟動系統時， 首先打開盒子頂部光源的電源，再利用計算機控制系統啟動攝像設備和體感控制器。
[0150] 實施例一中所述步驟2把手放入手功能評價系統。如果患者有一只健康手和一只 殘疾手，則把雙手放入系統平臺中；如果沒有健康手，則只放入殘疾手。
[0151] 實施例一中所述步驟3獲取手的實時視頻信息。患側手的視頻專供醫生使用;健側 手或者標準手的視頻同時要作三個備份，一個提供給醫生，一個提供給病人，最后一個作鏡 像映射后，也提供給病人。
[0152]實施例一中所述步驟4獲取手的三維空間位置信息。患側手的三維結構圖視頻專 供醫生使用;健側手或者標準手的三維結構圖視頻同時要作三個備份，一個提供給醫生，一 個提供給病人，最后一個作左右鏡像映射后，按照需求也可以提供給病人。
[0153] 實施例一中所述步驟5確定患側手手掌心的位置。規則如下：
[0154] ①如果體感控制器能夠直接確定手掌心的三維空間位置，則此位置用fb。表示；
[0155] ②如果體感控制器不能直接確定手掌心的三維空間位置，則利用下面公式來確定 手掌心fb。位置：
[0157]這里的fb(i)是手掌邊緣上點的三維坐標;i是手掌邊緣點，共有η個點。
[0158] 實施例一中所述步驟6變換患側手的原點位置和三維空間坐標。原點位置變換到 患側手的手掌中心點的位置上，變換患側手的三維空間手坐標信息的坐標。
[0159] 實施例一中所述步驟7單位化患側手的三維信息。規則如下：
[0160] 如果測量三維空間中手姿勢的體感控制器不能根據手的大小來測量手的部位坐 標信息，即所有尺寸的手在利用此體感控制器進行測量的時候，表現出相同大小尺寸，則fb (i)和jb(k)不發生變化;反之，需要把患側手在三維空間中的坐標進行單位化：
[0161] ①確定患側手和標準手的單位化比例sb:
[0163] 這里的fb(iWPfs(i)分別是患側手和標準手的手掌邊緣上點的三維坐標;i是指節 和手掌邊緣點，共有η個點;fb。和f s。分別患側手和標準手的手掌中心點坐標。
[0164] ②從患側手的手掌中心開始，從里向外依照順序來，按照單位化比例sb來伸縮手 部的所有點坐標，單位化后的患側手的三維點坐標仍然用fb(i)表示健側手上每個指節和 手掌邊緣點的坐標信息，i是指節和手掌邊緣點，jb(k)表示手上關節的坐標信息，k是關節 點。
[0165] 實施例一中所述步驟8根據患側手來選擇標準手。選擇一只標準手，使得標準手上 的信息數據和患側手的信息數據左右一致。即，如果患側手是左手，則選擇標準手的左手； 如果患側手是右手，則選擇標準手的右手。
[0166] 實施例一中所述步驟9計算患側手和標準手之間的歐幾里得距離。利用如下公式：
[0168] 是匕(*)標準手上指節和手掌邊緣點的三維坐標;fb(*)是患側手上指節和手掌邊 緣點的三維坐標;js(*)標準手關節點的三維坐標;jb(*)是患側手關節點的三維坐標；i是指 節和手掌邊緣點；k是關節點；| |*| |表示三維向量的長度，采用歐幾里得距離;Ds_b是標準手 和患側手的三維空間點的差距。根據三維空間手信息提取的設備不同，獲得的關節信息和 指節信息有所不同，一些情況下，只能提取關節信息或指節信息，缺失內容在公式中相應部 分為0;如果不需要標準手的比較，Ds_b可以設為0。
[0169] 實施例一中所述步驟10計算患側手各個部位到手掌中心點的歐幾里得距離。利用 如下公式：
[0171] fb⑷是患側手指節和手掌邊緣點（包括手掌中心點）的三維坐標;fbc是患側手手 掌中心點的三維坐標；jb(*)是患側手上每個關節的三維坐標；i是指節和手掌邊緣點；k是 關節點；11*| I表示三維向量的歐幾里得距離;Dbc是患側手指節點和關節點到手掌中心點的 歐幾里得距離。根據測量三維空間中手姿勢的體感控制器不同，獲得的關節信息和指節信 息有所不同，一些情況下，只能提取關節信息或指節信息，缺失內容在公式中相應部分為0。
[0172]實施例一中所述步驟11計算標準手上各個部位到手掌中心點的歐幾里得距離和 患側手上各個部位到手掌中心點的歐幾里得距離之間的差距。利用公式如下：
[0173] Dsb_c= I Dsc-Dbc
[0174] Dsc標準手上指節點和關節點到手掌中心點的歐幾里得距離;Dbc患側手上指節點 和關節點到手掌中心點的歐幾里得距離;D sb_c是Dsc和Dbc的差值的絕對值;在醫療過程中，如 果不考慮患側手和標準手的比較，D sb_。可以設為零。
[0175] 實施例一中所述步驟12確定健側手手掌心的位置。如果患者有一只手是健康手， 則確定健側手的手掌心的位置：
[0176] ①如果體感控制器能夠直接確定手掌心的三維空間位置，則此位置用fg。表示；
[0177] ②如果體感控制器不能直接確定手掌心的三維空間位置，則利用下面公式來確定 手掌心fg。位置：
[0179] 這里的fg(i)是手掌邊緣上點的三維空間坐標，i是手掌邊緣點，共有η個點。
[0180] 實施例一中所述步驟13變換健側手的原點位置和三維空間坐標。如果患者有一只 手是健康手，原點位置變換到健側手的手掌中心點的位置上，變換健側手的三維空間坐標。
[0181] 實施例一中所述步驟14單位化健側手的三維信息。如果測量三維空間中手姿勢的 體感控制器不能根據手的大小來測量手的部位坐標信息，即所有尺寸的手在利用此體感控 制器進行測量的時候，表現出相同大小尺寸，則f g(iWPjg(k)不發生變化;反之，需要把健側 手在三維空間中的坐標進行單位化：
[0182] ①確定健側手和標準手的單位化比例sg:
[0184] 這里的fg(i)和fs(i)分別是健側手和標準手的手掌邊緣上點的三維坐標，共有η個 點；i是手掌邊緣點;fg。和fs。分別兩只手的手掌中心點坐標。
[0185] ②從健側手的手掌中心開始，從里向外依照順序來，按照單位化比例sg來伸縮手 部的所有點坐標，單位化后的健側手的三維點坐標仍然用f g(i)表示健側手上每個指節和 手掌邊緣點的坐標，i是指節和手掌邊緣點，jg(k)表示健側手上的關節坐標信息，k是關節 點。
[0186] 實施例一中所述步驟15計算患側手和健側手之間的歐幾里得距離。如果患者有一 只手是健康手，計算健側手和患側手的相對應點之間的歐幾里得距離，利用公式如下：
[0188] fg(*)是健側手手掌上指節和手掌邊緣點（包括手掌中心點）的三維坐標;fb(*)是 患側手上指節和手掌邊緣點（包括手掌中心點）的三維坐標；jg(*)是健側手上關節點的三 維坐標;jb(*)是患側手上關節點的三維坐標；i是指節和手掌邊緣點;k是關節點；| |*| |表 示三維向量的長度，采用歐幾里得距離;Dgb是健側手和患側手的三維空間點的差距;根據 三維空間手信息提取的設備不同，獲得的關節信息和指節信息有所不同，一些情況下，只能 提取關節信息或指節信息，缺失內容在公式中相應部分為0。如果患者沒有健側手，則D g_b為 0〇
[0189] 實施例一中所述步驟16計算健側手上各個部位到手掌中心點的歐幾里得距離。
[0190] 如果患者有一只手是健側手，計算健側手上各個部位到手掌中心點的歐幾里得距 離。公式如下：
[0192] fg(*)是健側手指節和手掌邊緣點(包括手掌中心點）的三維坐標;f。是健側手手掌 中心點的三維坐標;j g(*)是健側手關節點的三維坐標;i是指節和手掌邊緣點;k是關節點； |*| |表示三維向量的歐幾里得距離;Dgc是健側手上各個部位到手掌中心點的歐幾里得距 離。根據三維空間手信息提取的設備不同，獲得的關節信息和指節信息有所不同，有些情況 下，只能提取關節信息或指節信息，缺失內容在公式中相應部分為〇。
[0193] 實施例一中所述步驟17計算健測手上各個部位到手掌中心點的歐幾里得距離和 患側手上各個部位到手掌中心點的歐幾里得距離之間的差距。如果患者有一只手是健側 手，計算健測手上各個部位到手掌中心點的歐幾里得距離和患側手上各個部位到手掌中心 點的歐幾里得距離之間的差距，公式如下：
[0194] Dgb_c= |Dgc-Dbc (12)
[0195] 其中，Dgc標準手上指節點和關節點到手掌中心點的歐幾里得距離;Dbc患側手上指 節點和關節點到手掌中心點的歐幾里得距離;D gb_。是Dg。和Db。的差值的絕對值;如果患者沒 有健測手，則D gb_。為零。
[0196] 實施例一中所述步驟18測量手各個部分到手掌中心點的歐幾里得距離對患側手 進行評估。公式如下：
[0197] Dc = t*Dsb_c+ (1 -1) Dgb_c
[0198] D。是用指節點和關節點到手掌中心點的歐幾里得距離方法對患側手的評估數據； t是Dsb_c和Dgb_c比例，變換范圍如下：
[0200] 如果0<t<l，則可以選擇為t = 0.5。
[0201] 實施例一中所述步驟19計算患側手與健側手以及標準手相對應點之間的距離來 評估患側手。利用公式如下：
[0202] Dd = h*Ds-b+(l_h)Dg-b
[0203] Dd是用相對應手的關節三維空間點和指節三維空間點之間的距離方法對患側手 的評估數據;Dg_b是標準手和患側手的各個部位三維空間點之間的差距;Dg_ b是健側手和患 側手的各個部位三維空間點之間的差距;h是Ds_b和D g_b比例，變換范圍如下：
[0205] 如果0<h<l，則h-般選擇為0.5。
[0206] 實施例一中所述步驟20計算患側手手功能數據。利用公式如下：
[0207] D = a*Dc+(l_a)Dd
[0208] D是患側手評估數據，a是D。和Dd比例，可根據醫生要求在0和1之間變化，一般可取 為 0.5〇
[0209] 實施例一中所述步驟21輸出患側手手功能評估數據，完成患側手的評估。
[0210] 實施例三：
[0211] 參見圖1、圖2和圖3,在本手功能評價系統平臺中，利用攝像設備和手姿勢的體感 控制器獲得手在三維空間中的各種信息，并根據這些信息來完成手功能評價，其特征在于 預備算法步驟如下：
[0212] 1.記錄包含多種動作的標準手的視頻；
[0213] 2.記錄包含多種動作的標準手的空間信息；
[0214] 3.確定標準手的手掌心位置；
[0215] 4.變換標準手的原點位置和三維空間坐標；
[0216] 5.計算標準手各個部位到手掌心的歐幾里得距離。
[0217]實施例四：
[0218]本實施例與實施例二基本相同，特別之處如下：
[0219] 實施例三中所述步驟1記錄包含多種動作的標準手的視頻。以一雙健康手為標準 手，做多種動作，這些動作被視為標準動作，利用高速攝像機把這些動作記錄下來。
[0220] 實施例三中所述步驟2記錄包含多種動作的標準手的空間信息。記錄包含多中以 一雙健康手為標準手，做多種動作，這些動作被視為標準動作，利用測量三維空間中手運動 的體感控制器把健康手的各個部位坐標信息都記錄下來。
[0221 ]實施例三中所述步驟3確定標準手的手掌心位置。利用公式如下：
[0222]①如果體感控制器能夠直接確定手掌心的三維空間位置，則此位置用fsc表示；
[0223]②如果體感控制器不能直接確定手掌心的三維空間位置，則利用下面公式來確定 手掌心fs。位置：
[0225] 這里的fs(i)是手掌邊緣上點的三維坐標;i是手掌邊緣點，共有η個點。
[0226] 實施例三中所述步驟4變換標準手的原點位置和三維空間坐標。原點位置變換到 標準手的手掌中心點的位置上，變換標準手的三維空間手坐標信息的坐標。
[0227] 實施例三中所述步驟5計算標準手各個部位到手掌心的歐幾里得距離。利用公式 如下：
[0229] fs(*)是標準手手掌上每個指節和手掌邊緣點的三維坐標;fs。是標準手的手掌中 心點的三維坐標；js(*)是標準手手指上每個關節的三維坐標；i是指節和手掌邊緣點；k是 關節點；11*| I表示三維向量的歐幾里得距離;Dsc是標準手指節點和關節點到手掌中心點的 歐幾里得距離。根據測量三維空間中手姿勢的體感控制器不同，獲得的關節信息和指節信 息有所不同，一些情況下，只能提取關節信息或指節信息，缺失內容在公式中相應部分為0。
【主權項】
1. 基于手各個部位在三維空間位置變化的手功能評價方法，應用在手功能評價系統中 自動檢測患側手和健側手，以及患側手和標準手之間的區別程度，從而完成對患側手的評 價，其特征在于操作步驟如下： 1) 預備工作流程： (1-1)記錄包含多種動作的標準手的視頻； (1-2)記錄包含多種動作的標準手的空間信息； (1-3)確定標準手的手掌心位置； (1-4)變換標準手的原點位置和三維空間坐標； (1-5)計算標準手各個部位到手掌心的歐幾里得距離； 2) 評價工作流程： (2-1)啟動手功能評價系統； (2-2)把手放入手功能評價系統中； (2-3)獲取手的實時視頻信息； (2-4)獲取手的三維空間位置信息； (2-5)確定患側手手掌心的位置； (2-6)變換患側手的原點位置和三維空間坐標； (2-7)單位化患側手的三維信息； (2-8)根據患側手來選擇標準手； (2-9)計算患側手和標準手之間的歐幾里得距離； (2-10)計算患側手各個部位到手掌中心點的歐幾里得距離； (2-11)計算標準手上各個部位到手掌中心點的歐幾里得距離和患側手上各個部位到 手掌中心點的歐幾里得距離之間的差距； (2-12)如果患者有健康手，確定健側手手掌心的位置； (2-13)如果患者有健康手，變換健側手的原點位置和三維空間坐標； (2-14)如果患者有健康手，單位化健側手的三維信息； (2-15)如果患者有健康手，計算患側手和健側手之間的歐幾里得距離； (2-16)如果患者有健康手，計算健側手各個部位到手掌中心點的歐幾里得距離； (2-17)如果患者有健康手，計算健側手上各個部位到手掌中心點的歐幾里得距離和患 側手上各個部位到手掌中心點的歐幾里得距離之間的差距； (2-18)測量手各個部位到手掌中心點的歐幾里得距離對患側手進行評估； (2-19)計算患側手與健側手以及標準手相對應點之間的距離來評估患側手； (2-20)計算患側手的手功能評估數據； (2-21)輸出患側手手功能評估數據，完成患側手的評估。2. 根據權利要求1所述的基于手各個部位在三維空間位置變化的手功能評價方法，其 特征在于:所述步驟(2-1)啟動手功能評價系統:在使用過程中，攝像設備和手姿勢體感控 制器可以同時，也可以分別工作，獲取患者的左右手形狀信息；啟動系統時，首先打開盒子 頂部光源的電源，計算機控制系統啟動攝像設備和體感控制器。3. 根據權利要求1所述的基于手各個部位在三維空間位置變化的手功能評價方法，其 特征在于:所述步驟(2-3)獲得手的實時視頻信息：患側手的視頻專供醫生使用;健側手或 者標準手的視頻同時要作三個備份，一個提供給醫生，一個提供給病人，最后一個作鏡像映 射后，也提供給病人。4. 根據權利要求1所述的基于手各個部位在三維空間位置變化的手功能評價方法，其 特征在于:所述步驟(2-4)獲得手的三維空間位置信息：患側手的三維結構圖視頻專供醫生 使用;健側手或者標準手的三維結構圖視頻同時要作三個備份，一個提供給醫生，一個提供 給病人，最后一個作左右鏡像映射后，按照需求也可以提供給病人。5. 根據權利要求1所述的基于手各個部位在三維空間位置變化的手功能評價方法，其 特征在于:所述步驟(2-5)確定患側手手掌心的位置，規則如下： ① 如果體感控制器能夠直接確定手掌心的三維空間位置，則此位置用fb。表示； ② 如果體感控制器不能直接確定手掌心的三維空間位置，則利用下面公式來確定手掌 心fbc位置：這里的fb(i)是手掌邊緣上點的三維坐標;i是手掌邊緣點，共有η個點。6. 根據權利要求1所述的基于手各個部位在三維空間位置變化的手功能評價方法，其 特征在于:所述步驟(2-6)變換患側手的原點位置和三維空間坐標，原點位置變換到患側手 的手掌中心點的位置上，變換患側手的三維空間手坐標信息的坐標。7. 根據權利要求1所述的手功能評價方法，其特征在于:所述步驟(2-7)單位化患側手 的三維信息，規則如下： 如果測量三維空間中手姿勢的體感控制器不能根據手的大小來測量手的部位坐標信 息，即所有尺寸的手在利用此體感控制器進行測量的時候，表現出相同大小尺寸，則fb(i) 和jb(k)不發生變化;反之，需要把患側手在三維空間中的坐標進行單位化： ① 確定患側手和標準手的單位化比例sb:這里的fb(i)和fs(i)分別是患側手和標準手的手掌邊緣上點的三維坐標；i是指節和手 掌邊緣點，共有η個點;fb。和fs。分別患側手和標準手的手掌中心點坐標； ② 從患側手的手掌中心開始，從里向外依照順序來，按照單位化比例sb來伸縮手部的 所有點坐標，單位化后的患側手的三維點坐標仍然用f b(i)表示健側手上每個指節和手掌 邊緣點的坐標信息；i是指節和手掌邊緣點；jb(k)表示手上關節的坐標信息，k是關節點。8. 根據權利要求1所述的基于手各個部位在三維空間位置變化的手功能評價方法，其 特征在于:所述步驟(2-8)根據患側手來選擇一只標準手，使得標準手上的信息數據和患側 手的信息數據左右一致。9. 根據權利要求1所述的手功能評價方法，其特征在于:所述步驟(2-9)計算患側手和 標準手之間的歐幾里得距離Ds_ b，利用如下公式： 忍_-i=Σ1/力·)-.以 〇11+ΣII乂⑷-A (_ i k 是fs(*)標準手上指節和手掌邊緣點的三維坐標;fb(*)是患側手上指節和手掌邊緣點 的三維坐標;js(*)標準手關節點的三維坐標;jb(*)是患側手關節點的三維坐標;i是指節和 手掌邊緣點;k是關節點；| 1*1 |表示三維向量的長度，采用歐幾里得距離;Ds_b是標準手和患 側手的三維空間點的差距;根據三維空間手信息提取的設備不同，獲得的關節信息和指節 信息有所不同，一些情況下，只能提取關節信息或指節信息，缺失內容在公式中相應部分為 0;如果不需要標準手的比較，Ds_b可以設為0。10. 根據權利要求1所述的基于手各個部位在三維空間位置變化的手功能評價方法，其 特征在于:所述步驟(2-10)計算患側手各個部位到手掌中心點的歐幾里得距離，利用如下 公式： A<c=ΣΙΙλ(ζ_)-人.||+ΣΙα ⑷- i k fb⑷是患側手指節和手掌邊緣點（包括手掌中心點）的三維坐標;fbc是患側手手掌中 心點的三維坐標；jb(*)是患側手上每個關節的三維坐標；i是指節和手掌邊緣點；k是關節 點；11*11表示三維向量的歐幾里得距離;Dbc是患側手指節點和關節點到手掌中心點的歐幾 里得距離;根據測量三維空間中手姿勢的體感控制器不同，獲得的關節信息和指節信息有 所不同，一些情況下，只能提取關節信息或指節信息，缺失內容在公式中相應部分為〇。11. 根據權利要求1所述的基于手各個部位在三維空間位置變化的手功能評價方法，其 特征在于:所述步驟(2-11)計算標準手上各個部位到手掌中心點的歐幾里得距離和患側手 上各個部位到手掌中心點的歐幾里得距離之間的差距，利用公式如下： Dsb-c- Dsc-Dbc Dsc標準手上指節點和關節點到手掌中心點的歐幾里得距離;Dbc患側手上指節點和關節 點到手掌中心點的歐幾里得距離;Dsb_c是Dsc和Dbc的差值的絕對值;在醫療過程中，如果不考 慮患側手和標準手的比較，D sb_。可以設為零。12. 根據權利要求1所述的基于手各個部位在三維空間位置變化的手功能評價方法，其 特征在于:所述步驟(2-12)確定健側手手掌心的位置，如果患者有一只手是健康手，則確定 健側手的手掌心的位置： ① 如果體感控制器能夠直接確定手掌心的三維空間位置，則此位置用fgc表示； ② 如果體感控制器不能直接確定手掌心的三維空間位置，則利用下面公式來確定手掌 心fg。位置：這里的fg(i)是手掌邊緣上點的三維空間坐標，i是手掌邊緣點，共有η個點。13. 根據權利要求1所述的基于手各個部位在三維空間位置變化的手功能評價方法，其 特征在于:所述步驟(2-13)變換健側手的原點位置和三維空間坐標;如果患者有一只手是 健康手，原點位置變換到健側手的手掌中心點的位置上，變換健側手的三維空間坐標。14. 根據權利要求1所述的手功能評價方法，其特征在于:所述步驟(2-14)單位化健側 手的三維信息;如果患者有一只手是健康手，單位化健側手的三維信息，規則如下： 如果測量三維空間中手姿勢的體感控制器不能根據手的大小來測量手的部位坐標信 息，即所有尺寸的手在利用此體感控制器進行測量的時候，表現出相同大小尺寸，則fg(i) 和九(10不發生變化;反之，需要把健側手在三維空間中的坐標進行單位化： ① 確定健側手和標準手的單位化比例Sg:這里的fg(i)和fs(i)分別是健側手和標準手的手掌邊緣上點的三維坐標，共有η個點；i 是手掌邊緣點;fg。和fs。分別兩只手的手掌中心點坐標； ② 從健側手的手掌中心開始，從里向外依照順序來，按照單位化比例sg來伸縮手部的 所有點坐標，單位化后的健側手的三維點坐標仍然用f g(i)表示健側手上每個指節和手掌 邊緣點的坐標，i是指節和手掌邊緣點，jg(k)表示健側手上的關節坐標信息，k是關節點。15. 根據權利要求1所述的基于手各個部位在三維空間位置變化的手功能評價方法，其 特征在于:所述步驟(2-15)計算患側手和健側手之間的歐幾里得距離;如果患者有一只手 是健康手，計算健側手和患側手的相對應點之間的歐幾里得距離，利用公式如下： a =ΣΙΙλ (ο - h 〇')||+ΣΙλ - λ (Ai|| /: k fg(*)是健側手手掌上指節和手掌邊緣點（包括手掌中心點）的三維坐標;fb(*)是患側 手上指節和手掌邊緣點（包括手掌中心點）的三維坐標；jg(*)是健側手上關節點的三維坐 標；jb(*)是患側手上關節點的三維坐標；i是指節和手掌邊緣點；k是關節點；| 1*1 |表示三 維向量的長度，采用歐幾里得距離;Dg_b是健側手和患側手的三維空間點的差距;根據三維 空間手信息提取的設備不同，獲得的關節信息和指節信息有所不同，一些情況下，只能提取 關節信息或指節信息，缺失內容在公式中相應部分為0;如果患者沒有健側手，則D g_b為0。16. 根據權利要求1所述的基于手各個部位在三維空間位置變化的手功能評價方法，其 特征在于:所述步驟(2-16)計算健側手上各個部位到手掌中心點的歐幾里得距離;如果患 者有一只手是健側手，計算健側手上各個部位到手掌中心點的歐幾里得距離，利用公式如 下： 1 k fg(*)是健側手指節和手掌邊緣點(包括手掌中心點）的三維坐標;f。是健側手手掌中心 點的三維坐標;jg(*)是健側手關節點的三維坐標;i是指節和手掌邊緣點;k是關節點；| I* 表示三維向量的歐幾里得距離;Dgc是健側手上各個部位到手掌中心點的歐幾里得距離;根 據三維空間手信息提取的設備不同，獲得的關節信息和指節信息有所不同，有些情況下，只 能提取關節信息或指節信息，缺失內容在公式中相應部分為〇。17. 根據權利要求1所述的基于手各個部位在三維空間位置變化的手功能評價方法，其 特征在于:所述步驟(2-17)計算健測手上各個部位到手掌中心點的歐幾里得距離和患側手 上各個部位到手掌中心點的歐幾里得距離之間的差距；如果患者有一只手是健側手，計算 健測手上各個部位到手掌中心點的歐幾里得距離和患側手上各個部位到手掌中心點的歐 幾里得距離之間的差距，利用公式如下： Dgb c- | Dgc-Dbc I 其中，Dgc標準手上指節點和關節點到手掌中心點的歐幾里得距離;Dbc患側手上指節點 和關節點到手掌中心點的歐幾里得距離;〇__。是0%和Dbc的差值的絕對值;如果患者沒有健 測手，則Dgb_。為零。18. 根據權利要求1所述的基于手各個部位在三維空間位置變化的手功能評價方法，其 特征在于:所述步驟(2-18)測量手上各個部位到手掌中心點的歐幾里得距離對患側手進行 評估，公式如下： Dc = t*Dsb_c+ (1 -t) Dgb_c Dc是用指節點和關節點到手掌中心點的歐幾里得距離方法對患側手的評估數據;t是 Dsb_c和Dgb_c比例，變換范圍如下： ^=〇, r =θ, 4 = 1， if Dsb [ ^ 0, O.CtCl,. f D" f c ?? 〇, 如果〇<t<l，則可以選擇為t = 0.5。19. 根據權利要求1所述的基于手各個部位在三維空間位置變化的手功能評價方法，其 特征在于:所述步驟(2-19)計算患側手與健側手以及標準手相對應點之間的距離來評估患 側手，利用公式如下： Dd = h*Ds-b+ (1 _h) Dg-b Dd是用相對應手的關節三維空間點和指節三維空間點之間的距離方法對患側手的評估 數據； Dg_b是標準手和患側手的各個部位三維空間點之間的差距;Dg_ b是健側手和患側手的各 個部位三維空間點之間的差距;h是Ds_b和Dg_b比例，變換范圍如下： '/?-〇, if /-)、,，〇, h = 1, if D., ,, = 0, 〇 < h < i, if h 城 如果〇<h< 1，則h-般選擇為0.5。20. 根據權利要求1所述的基于手各個部位在三維空間位置變化的手功能評價方法，其 特征在于:所述步驟(2-20)計算患側手手功能數據，利用公式如下： D = a*Dc+(l_a)Dd D是患側手評估數據，a是D。和Dd比例權重，可根據醫生要求在0和1之間變化，一般可取 為 0.5〇21. 根據權利要求1所述的基于手各個部位在三維空間位置變化的手功能評價方法，其 特征在于:所述步驟（1-1)記錄包含多種動作的標準手的視頻；以一雙健康手為標準手，做 多種動作，這些動作被視為標準動作，利用高速攝像機把這些動作記錄下來。22. 根據權利要求1所述的基于手各個部位在三維空間位置變化的手功能評價方法，其 特征在于:所述步驟（1-2)記錄包含多種動作的標準手的空間信息；以一雙健康手為標準 手，做多種動作，這些動作被視為標準動作，利用測量三維空間中手運動的體感控制器把健 康手的各個部位坐標信息都記錄下來。23. 根據權利要求1所述的的基于手各個部位在三維空間位置變化的手功能評價方法， 其特征在于:所述步驟(1-3)確定標準手的手掌心位置，規則如下： ① 如果體感控制器能夠直接確定手掌心的三維空間位置，則此位置用fs。表示； ② 如果體感控制器不能直接確定手掌心的三維空間位置，則利用下面公式來確定手掌 心fs。位置：這里的fs (i)是手掌邊緣上點的三維坐標;i是手掌邊緣點，共有η個點。24. 根據權利要求1所述的基于手各個部位在三維空間位置變化的手功能評價方法，其 特征在于:所述步驟(1-4)變換標準手的原點位置和三維空間坐標;原點位置變換到標準手 的手掌中心點的位置上，變換標準手的三維空間手坐標信息的坐標。25. 根據權利要求1所述的基于手各個部位在三維空間位置變化的手功能評價方法，其 特征在于:所述步驟(1-5)計算標準手各個部位到手掌心的歐幾里得距離，公式如下： 1 k. fS(*)是標準手手掌上每個指節和手掌邊緣點的三維坐標;fS。是標準手的手掌中心點 的三維坐標；js(*)是標準手手指上每個關節的三維坐標；i是指節和手掌邊緣點；k是關節 點；11*11表示三維向量的歐幾里得距離;Dsc是標準手指節點和關節點到手掌中心點的歐幾 里得距離;根據測量三維空間中手姿勢的體感控制器不同，獲得的關節信息和指節信息有 所不同，一些情況下，只能提取關節信息或指節信息，缺失內容在公式中相應部分為0。
【文檔編號】A61B5/11GK106063707SQ201610366979
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2016年5月28日 公開號201610366979.3, CN 106063707 A, CN 106063707A, CN 201610366979, CN-A-106063707, CN106063707 A, CN106063707A, CN201610366979, CN201610366979.3
【發明人】韓越興
【申請人】上海大學